(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０７％以下、Ｓｉ：０．２〜１．５％、Ｍｎ：３％以下、Ｃｒ：１３〜２０％、Ｔｉ：０．５〜４％、Ｎ：０．１〜０．５％を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物よりなり、かつ、１≦Ｔｉ／Ｎ≦２０を満たす肉盛溶接層をロール表面に有する連続鋳造用ロール。
【請求項２】
質量％で、Ｍｏ：０．３〜３％を含むことを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造用ロール。
【請求項３】
質量％で、Ｃｏ：０．５〜３％を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の連続鋳造用ロール。
【請求項４】
質量％で、Ｎｉ：１〜５％を含むことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載の連続鋳造用ロール。
【請求項５】
質量％で、Ｃ：０．０５％以下であることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一つに記載の連続鋳造用ロール。
【請求項６】
質量％で、Ｔｉ：０．５〜３％であることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一つに記載の連続鋳造用ロール。
【請求項７】
質量％で、Ｎ：０．１５〜０．３％であることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一つに記載の連続鋳造用ロール。
【請求項８】
質量％で、１≦Ｔｉ／Ｎ≦１５であることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一つに記載の連続鋳造用ロール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造設備に設けられる耐食性、耐摩耗性に優れた連続鋳造用肉盛ロールに関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄所の連続鋳造設備には、ガイドロール、ピンチロールなどの鋳片を搬送する多数のロールが設置されており、これらのロールは、長時間にわたり高温度の鋳片から接触負荷を受け、鋳片による加熱と冷却水による冷却とによる加熱冷却の繰り返しなどにより、摩耗、熱亀裂、高温水蒸気酸化などの激しい損傷を受ける。【０００３】
また、連続鋳造設備のモールドには、モールドと溶鋼との接触を防止する低融点のモールドパウダーが供給される。この場合、モールドに近い領域に位置するロールとモールドパウダーに含まれるフッ素とが接触して、ロールが腐食する。そこで、ロールの損傷対策として、ロール表面に肉盛溶接や自溶合金溶射が施される。【０００４】
従来、肉盛溶接用の溶接材料として、１３Cr-Ni（Ni：１〜６）系、１７Cr-４Ni（SUS630）系ステンレス鋼のようなFe基ステンレス鋼、Ni基合金或いはNi基自溶合金溶射材などが用いられている。
【特許文献１】特開２００２−３４８６３８号公報
【特許文献２】特開２００６−２６３８０７号公報
【特許文献３】特開２００７−１３６５０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、鋳造速度の高速化、生産性能や鋳片歩留りの向上等が強く求められるようになっており、ロールの表面温度も上昇しているため、ロールの使用環境が従来と比べて厳しくなっている。特にモールド直下のトップ部ロール（フートロール、サポートロール、ガイドロールなど）では、連鋳ロールの一般的な要求特性である耐熱亀裂性に加えて、ロールの耐摩耗性や耐食性のさらなる向上が求められるようになっている。【０００６】
ここで、１３Cr-Ni（Ni：１〜６）系Fe基ステンレス鋼においては、マルテンサイトが主な強化組織であるため、熱間強度が低く耐摩耗性、耐食性に乏しい。また、１７Cr-４Ni（SUS６３０）系Fe基ステンレス鋼においては鋼リッチ金属間化合物相を強化組織に用いるため、１３Cr-Ni（Ni：１〜６）系Fe基ステンレス鋼よりも耐摩耗性、耐食性は高いものの、ロールの使用環境の変化に鑑みると、耐摩耗性、耐食性のさらなる向上が求められる。【０００７】
そこで、本願発明は、一般的な耐熱亀裂性に加えて耐摩耗性、耐食性に優れた連続鋳造用ロールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本願発明の連続鋳造用ロールは、（１）質量％で、Ｃ：０．０７％以下、Ｓｉ：０．２〜１．５、Ｍｎ：３％以下、Ｃｒ：１３〜２０％、Ｔｉ：０．５〜４％、Ｎ：０．１〜０．５％を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物よりなり、かつ、１≦Ｔｉ／Ｎ≦２０を満たす肉盛溶接層をロール表面に有することを特徴とする。【０００９】
ここで、「ロール表面」とは、連続鋳造用ロールのロール基材の表面を意味しており、ロール基材の表面に他の表面処理層（例えば、溶射層）が形成されている場合には、当該表面処理層が「ロール表面」となる。また、ロール基材の表面に本願発明の肉盛溶接層を形成し、その上に熱亀裂の分散を目的として薄い溶射層を形成した構成(例えば特許第１２４２２４６号)であっても、この薄い溶射層が使用中に消失し、表面が肉盛溶接層になった場合でも、本願発明の連続鋳造用ロールに含まれる。【００１０】
（２）（１）の構成において、質量％で、Ｍｏ：０．３〜３％を含ませることができる。（２）の構成によれば、Ｍｏが金属マトリクス中に固溶し、高温時の強度を向上させることができる。【００１１】
（３）（１）又は（２）の構成において、質量％で、Ｃｏ：０．５〜３％を含ませることができる。（３）の構成によれば、肉盛溶接層の耐熱性が高まり、高温時の強度を向上させることができる。【００１２】
（４）（１）乃至（３）の構成において、質量％で、Ｎｉ：１〜５％を含ませることができる。（４）の構成によれば、肉盛溶接層の耐食性を高めることができる。【００１３】
質量％で、Ｃ：０．０５％以下に設定するのが好ましく、質量％で、Ｔｉ：０．５〜３％に設定するのが好ましく、質量％で、Ｎ：０．１５〜０．３％に設定するのが好ましく、質量％で、１≦Ｔｉ／Ｎ≦１５に設定するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、耐摩耗性、耐食性に優れた連続鋳造用ロールを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
（実施形態）
図１は連続鋳造装置の概略図である。本実施形態の連続鋳造装置１は、タンディッシュ２と、モールド３と、サポートロール４と、冷却スプレー５とを含む。ダンディッシュ２は、上側が開口した箱型形状に形成されており、不図示の取鍋から注がれる溶鋼Ｈを蓄える。ダンディッシュ２の底部には、上下方向に延びる浸漬ノズル７が設けられており、この浸漬ノズル７の先端部は、ダンディッシュ２の下方に位置するモールド３内に延出している。【００１６】
モールド３は、水冷式の鋼板により筒型に形成されており、ダンディッシュ２から浸漬ノズル７を介して流入する溶鋼Ｈを鋳造する。モールド３には、銅などを用いることができる。【００１７】
モールド３には、モールドパウダー１１が注入される。これにより、溶鋼が大気から遮断され、保温・酸化が防止されるとともに、モールド３の表面に溶鋼が付着するのを防止できる。モールドパウダー１１は、ＣａＯ、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３などの酸化物を主成分とした粉末で構成されており、粘性を小さくするためにＬｉ２Ｏ、ＮａＦ、ＣａＦなどが添加されている。【００１８】
サポートロール４は、モールド３の下端から下流に向かって複数並設されており、モールド３で冷却された鋳片を支持しながら搬送する。冷却スプレー５は、サポートロール４に沿って複数設けられており、隣接するサポートロール４の隙間から鋳片に向かって冷却水を吹き付ける。【００１９】
上述の構成において、取鍋（不図示）からダンディッシュ２に注入された溶鋼Ｈは、ダンディッシュ２の底部の浸漬ノズル７によって流量が調整されつつモールド３に注入される。モールド３に注入された溶鋼Ｈは、モールド３の内壁面に接触する接触部分が冷却（一時冷却）されて凝固する。これにより、表面に凝固層を有し、内部に未凝固の溶鋼Ｈを有する鋳片が生成される。【００２０】
モールド３の下端部から引き出された未凝固の鋳片は、サポートロール４に支持された状態で下流に搬送され、搬送途中で冷却スプレー５から吹きつけられる冷却水により冷却される。この際、鋳片から受ける接触負荷によりサポートロール４は摺動摩耗する。また、鋳片による加熱と冷却水による冷却とによる熱サイクルにより、熱亀裂、高温水蒸気酸化などの負荷を受ける。さらに、モールド３に注入されたモールドパウダーがサポートロール４に接触して、モールドパウダーに含まれるフッ素とサポートロール４の基材とが化学反応を起こし、サポートロール４が腐食する。【００２１】
そこで、本実施形態では、サポートロール４の表面に耐食性、耐摩耗性に優れた肉盛溶接を施している。次に、サポートロール４の表面に溶接された肉盛溶接層の組成について説明する。【００２２】
本実施形態のサポートロール４に溶接された溶接層は、質量％で、Ｃ：０．０７％以下、Ｓｉ：０．２〜１．５、Ｍｎ：３％以下、Ｃｒ：１３〜２０％、Ｔｉ：０．５〜４％、Ｎ：０．１〜０．５％を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物よりなり、かつ、１≦Ｔｉ／Ｎ≦２０である。なお、肉盛溶接方法としては、公知の方法（例えば、サブマージアーク溶接法、粉体プラズマアーク溶接法）を用いることができる。【００２３】
連続鋳造用ロールに要求される特性として、主に「耐食性」、「耐摩耗性」、「耐熱亀裂性」が挙げられるが、これらの諸特性のうち耐摩耗性を向上させる方法として、耐食性、耐熱亀裂性を保持するための延性・靭性のある金属マトリクス中に硬質粒子としての炭化物を分散させる方法が知られている。しかしながら、鋳片に接触してサポートロール４が高温化すると、炭素との親和力の高いクロムが炭素と結合して炭化物が生成され、この炭化物が結晶粒界に析出する。その結果、結晶粒界に沿って熱亀裂が促進され易くなり、金属マトリクス中のクロム濃度が下がり、サポートロール４の耐熱亀裂性および耐食性を低下させる。【００２４】
これに対して、本実施形態の肉盛溶接層では、耐食性を低下させないように、炭素の含有率を０．０７質量％以下の低い値に制限して、耐摩耗性の向上因子である硬質粒子の炭化物の代替として耐食性に優れるチタンを多く含有させ、更にこのチタンを親和力の強い窒素と反応させることにより窒化物を析出させ、耐摩耗性を向上させている。つまり、炭素のように、クロムと結合して結晶粒界に析出することはない。これにより、金属マトリクス中のクロム濃度の低下を抑制できるため、耐熱亀裂性、耐食性を維持させながら耐摩耗性を兼備させることができる。【００２５】
換言すれば、金属マトリクス中に均等にクロムが分布して、かつ、窒化チタンを含むサポートロール４を提供することができる。このサポートロール４は、下記に説明するように、耐腐食性及び耐摩耗性、耐熱亀裂性に優れている。【００２６】
次に、本肉盛溶接層を構成する各材料の限定理由について説明する。【００２７】
（Ｃについて）
本発明は、Ｃの代わりにＴｉ，Ｎを用いることにより耐摩耗性、耐食性等を満足させるという知見に基づいている。そのためＣの含有率は、極力低く設定する必要がある。ただし、Ｃは溶接材料などから混入する不可避的な元素であるため、含有率を０％にすることはできない。そのため、Ｃについては上限値のみを規定している。【００２８】
（Ｓｉについて）
Ｓｉの含有率が高いと、肉盛溶接された溶接層の脆化を招き、靭性が低下する。このためＳｉの含有率の上限値は、好ましくは１．５質量％であり、より好ましくは１．０質量％である。Ｓｉは溶接の際に、溶湯の粘性を下げ、流動性を高め溶接性を向上させることができる。また、精錬作用による酸素等の不純物を取り除くのに有効な元素である。このためＳｉの含有率の下限値は、好ましくは０．２質量％であり、より好ましくは０．３質量％である。なお、Ｓｉは不可避元素のため、少なくとも０．２質量％含まれている。【００２９】
（Ｍｎについて）
Ｍｎの含有率が高いと、肉盛溶接された溶接層の脆化を招き、靭性が低下する。このためＭｎの含有率の上限値は、好ましくは３質量％であり、より好ましくは２質量％である。Ｍｎは溶接の際に、溶湯の粘性を下げ、流動を高め溶接性を向上させることができる。また、精錬作用による酸素等の不純物を取り除くのに有効な元素である。このためＭｎの含有率の下限値は、好ましくは０．２質量％であり、より好ましくは０．８質量％である。なお、Ｍｎは不可避元素のため、少なくとも０．２質量％含まれている。【００３０】
（Ｃｒについて）
Ｃｒの含有率が高すぎると靭性が低下する。このため、Ｃｒの含有率の上限値は、好ましくは２０質量％であり、より好ましくは１７質量％である。Ｃｒの含有率が低いと、耐食性及び耐酸化性を向上させることができない。このため、Ｃｒの含有率の下限値は、好ましくは１３質量％であり、より好ましくは１５質量％である。【００３１】
（Ｔｉについて）
Ｔｉの含有率が高いと脆性な金属化合物が生成され、靭性が低下する。このため、Ｔｉの含有率の上限値は、好ましくは４質量％であり、より好ましくは３質量％である。また、Ｔｉは耐食性を向上させ、ＣｒではなくＮと反応することにより耐摩耗性に優れた窒化物を生成する。このため、Ｔｉの含有率が低いと生成される窒化物が少なくなり、耐摩耗性を向上させることができない。このため、Ｔｉの下限値は、好ましくは０．５質量％である。【００３２】
（Ｎについて）
Ｎは、マトリクス金属中に固溶し、焼き戻し抵抗を高めるとともに、Ｔｉと結合して耐摩耗性に優れた窒化物を生成する。また、窒化物はマトリックスに微細に分散し、炭化物のように結晶粒界に偏って析出しないため耐熱亀裂性の向上にも寄与する。このため、Ｎの含有率の下限値は、好ましくは０．１質量％であり、より好ましくは０．１５質量％である。Ｎの含有率が高いと、肉盛溶接をする際にブローホールが発生しやすくなる。このため、Ｎの含有率の上限値は、好ましくは０．５質量％であり、より好ましくは０．３質量％である。【００３３】
（Ｔｉ及びＮの比率について）
上述したように、本願発明は、ＴｉをＮと反応させることにより窒化物を生成して、肉盛溶接層の耐摩耗性を高めることを目的としており、この目的に適合するように、Ｔｉ及びＮの比率を設定する必要がある。Ｔｉ／Ｎは好ましくは１〜２０であり、より好ましくは１〜１５である。【００３４】
肉盛溶接層にＮｉを含ませることもできる。Ｎｉの含有率が高いと、コストアップになる。このため、Ｎｉの含有率の上限値は、好ましくは５質量％であり、より好ましくは３．５質量％である。Ｎｉの含有率が低いと、十分に耐食性を得ることができない。このため、Ｎｉの含有率の下限値は、好ましくは１質量％であり、より好ましくは１．５質量％である。Ｔｉ及びＮからなる窒化物により必要とする耐食性を確保できる場合には、Ｎｉを省略することもできる。【００３５】
肉盛溶接層にＭｏを含ませることもできる。Ｍｏは金属マトリクス中に固溶し、高温時の強度が向上する点で有効な元素である。このため、Ｍｏの含有率の下限値は、好ましくは０．３質量％であり、より好ましくは０．５質量％である。Ｍｏの含有率が高いと、靭性を低下させ、コストアップとなる。このため、Ｍｏの含有率の上限値は、好ましくは３質量％であり、より好ましくは１．５質量％である。なお、Ｍｏは省略することもできる。【００３６】
肉盛溶接層にＣｏを含ませることもできる。Ｃｏは耐熱性を高め、高温時の強度が向上する点で有効な元素である。このため、Ｃｏの含有率の下限値は、好ましくは０．５質量％であり、より好ましくは１質量％である。Ｃｏの含有率が高いと、加工性が低下して、コストアップになる。このため、Ｃｏの含有率の上限値は、好ましくは３質量％であり、より好ましくは２質量％である。なお、Ｃｏは省略することができる。【００３７】
次に、実施例を示して、本発明について具体的に説明する。
【実施例】
【００３８】
下記の耐食性試験及び耐摩耗性試験を行った。
（耐食性試験について）
ＳＳ４００平板（３００×４００×４０ｔ）の表面に表１に示す組成の溶接層を形成した。溶接方法としてアーク溶接を使用し、８層からなる溶接層を形成した。希釈の影響を受けにくい全溶着鋼部分から試験片（２０ｈ×３０ｗ×４ｍｍｔ）を切り出した。【００３９】
【表１】
0005400789.tif 000002
【００４０】
耐食性試験の試験条件を表２に示した。表２に示すように、各試験片を５質量％フッ化水素酸水溶液中に浸漬させ、１００ｈｒ放置した。フッ化水素酸水溶液の温度は、常温（２０℃）とした。【００４１】
【表２】
0005400789.tif 000003
【００４２】
耐食性試験の結果を表５に示している。腐食減量を定量的に評価し、腐食減量が３．８(mg/mm2)以下である場合には優秀として◎で評価し、３．８〜４．２(mg/mm2)である場合には良好として○で評価し、４．２（mg/mm2）よりも大きい場合には不良として×で評価した。
（耐摩耗性試験について）
炭素鋼鋼管Ｓ２５Ｃ（φ９０×１００）の表面に表１に示す組成の肉盛溶接層を形成した。３層からなる肉盛溶接層を形成した後に、機械加工により肉盛溶接層の厚みを５ｍｍに切削し、切削された炭素鋼鋼管Ｓ２５Ｃを径方向に切断して、試験片（φ１００×１０ｔ）を製作した。【００４３】
耐摩耗性試験の試験装置について、図２を用いて説明する。図２は耐摩耗性試験の試験装置の概略構成を図示した概略図である。同図において、試験装置は相手ローラ２１と試験片（以下、試験片ローラという）２２とを含む。相手ローラ２１は回転軸２１ａ周りに回転し、試験片ローラ２２は回転軸２１ａと平行な方向に延びる回転軸２２ａ周りに回転する。回転軸２１ａは不図示の伝達ギアを介して不図示の第１回転用モータに接続されており、前記第１回転用モータが駆動されると回転軸２１ａ周りに相手ローラ２１が回転する。試験片ローラ２２は、相手ローラ２１の表面に押圧されている。試験片ローラ２２の回転軸２２ａは、不図示の伝達ギアを介して不図示の第２回転用モータに接続されており、前記第２回転用モータが駆動されると回転軸２２ａ周りに試験片ローラ２２が回転する。【００４４】
相手ローラ２１の外面から僅かに離間した位置には、相手ローラ２１の周方向に延びる高周波加熱コイル２３が設けられている。高周波加熱コイル２３に交流電流を流すと、相手ローラ２１の表面近傍に高密度のうず電流が発生し、そのジュール熱で相手ローラ２１が加熱される。試験片ローラ２２の表面近傍には、相手ローラ２１とは異なる位置に冷却水スプレイノズル２４が設けられている。冷却水スプレイノズル２４から噴射された冷却水は、試験片ローラ２２に供給され、試験片ローラ２２を冷却する。【００４５】
上述の構成において、高周波加熱コイル２３に通電して冷却水スプレイノズル２４を作動させると、試験片ローラ２２は、相手ローラ２１との接触位置において加熱され、冷却水スプレイノズル２４から供給される冷却水との接触位置において冷却される。【００４６】
また、試験片ローラ２２は、相手ローラ２１の表面に押圧されて摩擦接触しており、相手ローラ２１よりも試験片ローラ２２の回転速度が遅くなるように、前記第１及び第２の回転用モータの駆動が制御されている。これにより、相手ローラ２１の回転作用により、試験片ローラ２２の表面に形成された肉盛溶接層を摩耗させることができる。したがって、加熱と冷却とを繰り返す温度環境下において、試験片ローラ２２の耐摩耗性を評価することができる。【００４７】
耐摩耗性試験の試験条件を表３に示す。表３に示すように、試験片ローラ２２の相手ローラ２１に対する押圧力は１４７（Ｎ）であり、相手ローラ２１の回転速度は５００ｒｐｍであり、試験片ローラ２２の回転速度は４９０ｒｐｍであり、高周波加熱コイル２３による加熱温度は５００℃であり、試験時間は５時間であった。なお、相手ローラ２１及び試験片ローラ２２のスリップ率は２％であった。【００４８】
【表３】
0005400789.tif 000004
【００４９】
試験時間終了後に、試験片ローラ２２の摩耗量を測定して、耐摩耗性を評価した。摩耗量は、試験片ローラ２２に対する押圧力（１４７（Ｎ））に滑り距離（走行距離、すなわち、回転数×試験材の円周（ｍ）のことである）を乗じた値で、摩耗した肉盛溶接層の体積を徐することにより算出した。耐摩耗性試験の試験結果を表４に示す。摩耗量を定量的に評価し、比摩擦量が１．２(mm3/N・m)以下である場合には優秀として◎で評価し、１．２〜１．７(mm3/N・m)である場合には良好として○で評価し、１．７(mm3/N・m)よりも大きい場合には不良として×で評価した。なお、溶接性については、溶接不良であるか否かを目視で評価した。【００５０】
【表４】
0005400789.tif 000005
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】連続鋳造装置の概略図である。
【図２】試験装置の概略図である。
【符号の説明】
【００５２】
２  タンディッシュ２
３  モールド
４  サポートロール
５  冷却スプレー
【図１】
0005400789.tif 000006
【図２】
0005400789.tif 000007